程序設計訓練課程教學方法探索

楊曉波 王勇 梁燕 黃宏程

【摘要】? ? 針對學生在程序設計訓練課程的學習過程中普遍存在的問題，提出在教學過程中要強化調試能力的訓練、引導學生模塊化編程、規(guī)范編程習慣、訓練閱讀代碼的能力，使學生的編程能力明顯增強。

【關鍵詞】? ? C語言? ? 程序調試? ? 模塊化? ? 規(guī)范化編程

一、程序設計訓練課程簡介

在 “軟件定義一切”的大背景下，通信與信息大類專業(yè)涉及了信息科學、計算機、數(shù)學等交叉專業(yè)，其就業(yè)市場不僅要求學生掌握通信領域的專業(yè)知識，而且對學生通信軟件編程能力也提出了更高的要求[1]。鑒于此，在第一學期的下半期，為通信與信息大類學生開設了程序設計訓練這門必修課程，其先修課程是C語言程序設計。程序設計訓練課程旨在學生具有C語言基礎知識的基礎上，加強C語言編程應用能力的訓練，以助于后續(xù)更好地學習數(shù)據(jù)結構與算法等課程。

本課程以專題的形式進行內容設計，包含的5個專題都來自于生活或者通信專業(yè)涉及到的一些簡化實例，以期激發(fā)學生的編程興趣。老師授課時可選取其中2-3個專題進行訓練，注重培養(yǎng)學生的編程思維和編程方法，提高學生用計算機解決問題的能力，為后續(xù)進一步學習編程相關類課程打下必要的理論基礎。

二、存在的主要問題

該課程相對于其他應用性課程來說，實踐性很強，學生普遍反映掌握起來比較難。通過對學生的觀察，發(fā)現(xiàn)主要存在以下問題：

2.1 缺乏規(guī)范性編程習慣

很多學生在進入大學后才接觸編程學習，往往注重語言本身的學習，而忽視了規(guī)范性編程習慣的培養(yǎng)[2]，導致在編程時，變量、函數(shù)、文件等的命名隨心所欲，程序段層次不清晰，缺乏注解，程序可讀性不強等等。在編寫小程序段時，這些不良習慣影響不大，但當程序段稍微復雜時，就會引起很大的問題。

2.2 缺乏代碼調試能力

編譯系統(tǒng)主要是語法上的檢查，無法檢查代碼邏輯上的錯誤，而這些邏輯上的錯誤往往可以通過調試來發(fā)現(xiàn)。因此代碼調試能力是編程能力的重要體現(xiàn)?！罢{試”功能需要在建立工程的環(huán)境下才能實現(xiàn)。但學生在先修課程C語言課程上，由于平時編程練習的是一個個只具有簡單功能的小程序，普遍采用建立單個源文件的方式編寫代碼，很少采用建立“工程”的方式進行項目開發(fā)，因此無法進行代碼調試。本課程中的每個專題都有較多需求，需要實現(xiàn)多個功能，代碼量相對較大。當遇到編譯通過而程序邏輯功能有問題時，不會調試代碼的學生就會感覺茫然無措。

2.3 過分依賴指導書，學習自主思考不足

該課程配備的實驗指導書為每個專題都附上全部源碼，希望學生掌握代碼分析和閱讀的方法，并掌握通過修改程序實現(xiàn)既定目標的方法。但學生在實際的學習過程中，雖然也讀懂了代碼，也能畫出程序框架，但往往受限于指導書而寫不出自己的代碼。因此需要老師采取有效的措施引導學生利用好指導書。

三、采取的措施

在程序設計訓練課程的教學過程中，老師要特別注重引導學生進一步理解編程思想，培養(yǎng)良好的編程習慣，提高運用計算機分析問題和解決問題的能力。

3.1 強化程序調試和排錯能力的訓練

將第一次課程用來訓練學生的程序調試和排錯能力，讓學生熟悉項目結構以及文件布局，掌握通過調試工具跟蹤程序運行并進行代碼分析、Bug排除等技能。例如，在第一次課上，老師要求學生在新建的目錄下創(chuàng)建一個新的C代碼空工程，并將老師編寫好的1個C文件和兩個. h文件分別拷到在該工程目錄下新創(chuàng)建的src、include文件夾下，同時將這3個文件添加到新創(chuàng)建的工程中，然后進行編譯。由于老師在代碼中故意設置了錯誤，編譯無法完成。這時老師就引導學生怎樣通過閱讀系統(tǒng)提示進行代碼的修改。當代碼調試通過后，再要求學生采用單步、斷點等調試手段，配合Debug? windows下的Watches和Memory Dump查看變量和內存值。

此外，在后續(xù)的編程過程中，要求學生遇到編譯方面的錯誤，首先自己設法排除;遇到邏輯方面的問題，先自己通過單步/斷點等調試手段看能不能解決。通過這一系列的訓練，學生的調試能力和排錯能力得到了明顯提高。此外，通過這一過程，學生對怎樣進行文件布局有了一個初步認識，為后續(xù)進行多文件編程打下基礎。

3.2采用模塊化思想，循序漸進引導學生進行項目開發(fā)

這部分是課程教學中最重要的內容，下面以“通信錄的開發(fā)”專題為例進行闡述。本專題的需求是用C語言設計并開發(fā)一個簡單的通訊錄管理程序，要求能夠實現(xiàn)通訊錄的增加、刪除、修改、查詢、存儲和導入等功能。

本專題涉及程序設計框架、程序模塊劃分、跨文件函數(shù)調用、輸出/輸入、文件操作、字符串操作、數(shù)組、結構體、指針等多項知識。本專題任務量較大，需要老師采取有效的引導方法，用好指導書，讓學生形成良好的編程習慣，從而增強編程能力。

1.首先引導學生進行需求分析，把需求細化出來;之后指導學生進行程序代碼框架的設計，建立框架的概念，引導學生進行主界面的設計。在這一階段，只需要設計出“通信錄”的框架，通過編寫空殼函數(shù)（例如寫一個最簡單的輸出語句），調試系統(tǒng)邏輯功能是否能實現(xiàn)。在這一過程中，要讓學生明白，在進行代碼設計時，主函數(shù)要干凈，功能用子函數(shù)操作，重復的功能要用函數(shù)實現(xiàn)。

2.然后再對模塊逐個突破、先易后難。首先設計添加和刪除、查詢模塊，掌握數(shù)組、循環(huán)等操作;導入通信錄和保存通訊錄模塊涉及文件的讀寫操作，這部分知識學生還未學習，這時可以給學生布置預習作業(yè)，自學文件相關基礎內容，并完成幾個基本的文件讀寫編程練習?；氐秸n堂后，老師對關鍵內容進行講解和分析，這時學生就具備了基本的文件讀寫能力，可以選擇一種適合的文件讀寫方法完成上述模塊的編寫。

3.改寫代碼，用“多文件編程”方式實現(xiàn)。當學生已經(jīng)把“通信錄”功能基本實現(xiàn)后，會發(fā)現(xiàn)所有的代碼都寫在同一個源文件中，代碼很長，不利于調試并發(fā)現(xiàn)問題。這時，老師以第一次課程中的示例文件為例，引出“模塊化多文件編程”的思想，并要求學生改寫代碼，采用“多文件編程”方式實現(xiàn)。通過改寫代碼的過程，學生會深刻體會到通過多文件編程，程序脈絡結構會更加清楚，也更易于維護，同時也利于代碼的重復利用，從而提高編程效率[3]。

3.3規(guī)范編程習慣

從進入第一次課開始，老師就要給學生建立規(guī)范編程的意識。在第一次課上，給學生講解基本的編程規(guī)范，例如怎樣給變量和文件命名、怎樣進行注解、怎樣合理使用各種變量、怎樣使用預編譯方式等，并將規(guī)范編程的要求貫穿整個課程。老師可以采用案例教學的方式，參考企業(yè)編程規(guī)范，逐步培養(yǎng)學生良好的編程素養(yǎng)。例如，定義文件名、函數(shù)名和變量名時，要見其名知其意，不要用毫無意義的a、b、c之類的定義，要用英文，不要用拼音[2];盡量不要用全局變量;要注意include的路徑問題;應學會函數(shù)之間傳參數(shù)等。編程初學者特別要注意的一個問題是盡量不要用goto語句。在授課過程中發(fā)現(xiàn)很多學生喜歡用goto語句，覺得簡單、方便，甚至嵌套、穿插使用，在代碼中隨意跳躍，整個代碼邏輯非?；靵y，可讀性很差，甚至出現(xiàn)死循環(huán)。這實際體現(xiàn)了學生未形成良好的編程思維，不能對代碼進行清晰的流程控制。老師一定要進行糾正，指導學生修改語句，例如用條件或循環(huán)語句、用break、continue或return等，來清晰地聲明代碼執(zhí)行到此處的后續(xù)行為。老師可以在教學過程中逐步積累不規(guī)范的編程案例，通過案例分析的方式對學生的編程習慣進行指導。

3.4訓練學生閱讀代碼的能力，然后借鑒并提高

在教學過程中，不要求學生一開始就去讀代碼，而是首先設計出整體框架，再對每個模塊進行具體設計。同時，在進行整體框架設計和每個模塊具體設計過程中，引導學生分析設計需求，建立設計思路，并引導學生嘗試用已有的知識自己寫出代碼后再參考指導書，這樣學生就能有的放矢地分析參考代碼的優(yōu)劣，并吸收可取之處。此外，還要注重學習借鑒優(yōu)秀的程序架構設計。同時，對于借鑒的代碼不是簡單的搬過來，一定要消化。例如，對于借鑒的程序中一些不理解的地方，要深鉆細研，最好能在調試中進行閱讀，并舉一反三，從而達到理解并能進一步靈活應用的目的。

四、結束語

在程序設計訓練課程的教學過程中，老師注重對學生編程思想、編程習慣的培養(yǎng)，訓練學生模塊化的設計方法，培養(yǎng)學生利用調試工具跟蹤程序的動態(tài)變化并分析程序邏輯的能力，有助于使學生具備一定的規(guī)范編程的習慣，也通過項目的實現(xiàn)，讓學生增加成就感，提高編程學習的興趣。同時，通過指導學生如何學生閱讀代碼、查詢資料、參考別人的代碼，培養(yǎng)學生的代碼閱讀能力和分析能力。此外，本專題中涉及的部分知識，在C語言課程中可能還未涉及或即使學習也沒有進行強化練習。學生在本課程中通過大量的預習和自學，養(yǎng)成了一定的自主學習的習慣，這也是一個編程人員非常重要的素質。在老師的有效引導下，學生通過該課程的學習，可以明顯增強C語言編程能力，并為后續(xù)的軟件課程打下堅實的基礎。

參? 考? 文? 獻

[1]王勇，楊曉波，楊小龍，等.淺談新工科背景下通信軟件課程教學改革[J].當代教育實踐與教學研究.2020（15）：337-338.

[2] 尹波.“非計算機”理工科專業(yè)C++程序設計教學研究[J].科教文匯.2020（16）：89-90

[3]華玉明.51單片機C語言模塊化多文件編程方法探討[J].吉林廣播電視大學學報.2014（10）：11-12.

[4]曾帥，王中瑩.提升通信軟件基礎課程學生編程創(chuàng)新能力的研究[J].現(xiàn)代計算機.2016（18）：39-41.

[5]王娟，孔宇彥，黃培泉，等.程序設計基礎課程混合式教學模式改革的研究與實踐[J].現(xiàn)代計算機.2021（20）：113-117

[6]匡春臨，蔣勝利.引入計算思維的“C程序設計”教學研究與實踐[J].教育教學論壇.2020（24）：363-364.

[7]元澤懷，李麗芳.單片機工程項目C語言編程規(guī)范實踐教學研究[J].肇慶學院學報.2020（2）：32-36.

[8]黃曉峰.論單片機課程教學中C語言編程的規(guī)范性[J].科教導刊. 2015（23）：127-128.